Transcript 資料２ - 全国物理コンテスト 物理チャレンジ！

2014年3月15日
プレチャレンジ at
宇都宮高校
プランク定数を測る
（2005年第２チャレンジ実験コンテスト課題）
日本物理学会 ＮＰＯ 物理オリンピック日本委員会
Japan Physics Olympiad
PhO
J
２００５年 第２チャレンジ（全国大会） 実験コンテスト
The Nobel Prize in Physics 1918
ノーベル財団HPから
in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics
by his discovery of energy quanta エネルギー量子の発見に対して
溶鉱炉の中の真っ赤に溶
けた鉄から放射される
熱（輻射）エネルギーは、
飛び飛びの値しかとらない：
エネルギー
プランク
Max Planck
Berlin University
独
b. 1858
d. 1947
E=n・hν
n: 整数
ν: 光の振動数
h:プランク定数
6.62６×10-34J・s
hν：エネルギー量子
⇒量子物理学の始まり
高温：白っぽい光
やや低温：赤みがかった光
⇒温度によって
光の波長・振動数が違う
The Nobel Prize in Physics 1921
ノーベル財団HPから
for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the
photoelectric effect 理論物理学への功績、特に光電効果の法則の発見に対して
振動数νの光は、エネルギー E=hνを
持つ『粒子』である。
ν: 光の振動数
h:プランク定数
hν：光量子（photon フォトン）
アインシュタイン
⇒光は波動性と粒子性を合わせ持つ。
Albert Einstein
Max-Planck-Institut
独
b. 1879
d. 1955
光電効果：光を電流・電圧に変える
⇒デジタルカメラなど画像機器
２つの実験
発光ダイオード（LED）の光（赤、緑、青、紫）
で、光の粒子性と波動性を測定
１．発光開始電圧V測定
光のエネルギー E=eV= hν
２．回折格子による光の波長λの測定
c
→ 光の振動数 ν＝ ー
λ
縦軸にE、横軸にνのグラフ、
その傾きがプランク定数 h
発光ダイオード（Light Emitting Diode, LED）を点灯するための電気回路
6V
電池
電圧計
発光ダイ
オード LED
V
(1 kΩ)
0～1 kΩ
LED
長い足を＋側に、
短い足をー側に
つなぐ。
抵抗 100 Ω
可変抵抗器
電池
Box
6V
LED
ブレッド
ボード
ブレッドボード
・電源端子は横に
・回路接続端子は縦に
つながっている
つながっている
可変抵抗器
LED発光のメカニズム
発光開始電圧V
E=hν
E=eV
E=eV
=hν
電池が与えるエネルギー
光のエネルギー
Band Gap
データ・シート
e  1.6021019 クーロン
c ：光速度  ：振動数  ：波長
c   
電気素量
d sin    回折格子の間隔 d  1.0m  1.0 106 m
発光開始
電圧
（V）
赤色LED
緑色LED
青色LED
紫色LED
エネルギー
E=eV
(J)
回折角
θ
（度）
波長
λ
（m）
振動数
ν
（Hz）
光（電磁波）の波長λ
振動数 波長
(Hz)
1m
109
c   
（光速度）＝（振動数）・（波長）
λ
FMラジオ
可視光
テレビ
携帯電話
800 nm
λ
1012
1 mm
電子レンジ
こたつ
ヒーター
1015
1 μm
日焼け
1018
λ
λ
1 nm
レントゲン撮影
400 nm
1021
1 pm
放射性物質から
λ
ヤングの二重スリットの実験 ―波動説の勝利―
１８０５年 トーマス・ヤング
Movie 水面波の干渉
© JST 理科ネットワーク
２次
１次
０次
１次
２次
回折格子による干渉・回折
d sin   n   を
満たすθの方向に
n次回折光が出
る。
回折格子による干渉・回折の条件
d sin   
を
満たすθの方向に
１次回折光が出る
LED
LED
θ
d sin    を
満たすθ を測定
回折格子
d  1.0m  1.0 106 m
1次
1次
０次
⇒
を求め
る。